專利名稱：基于兩階段優(yōu)化過程的交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種道路交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先控制方法。
背景技術(shù)：
城市災(zāi)難或突發(fā)事件發(fā)生后，應(yīng)急救援車輛在運輸救援物資、搶救災(zāi)民生命和降 低財產(chǎn)損失方面起到至關(guān)重要的作用。但應(yīng)急救援車輛在響應(yīng)過程中，經(jīng)常遇到道路堵塞 等問題，致使應(yīng)急車輛不能及時到達事發(fā)點。實施交叉口應(yīng)急救援車輛信號優(yōu)先，可有效地 降低應(yīng)急車輛救援響應(yīng)時間，以及降低應(yīng)急車輛通過交叉口時發(fā)生碰撞的危險性，由此提 高應(yīng)急車輛救援效率與及時性。從國內(nèi)外的研究成果看，城市公交車輛信號優(yōu)先的研究較深入。如果將其直接用 于應(yīng)急車輛的信號優(yōu)先處理，存在的問題是公交信號優(yōu)先方法并不完全適用于應(yīng)急車輛 信號優(yōu)先。在公交信號優(yōu)先的研究中，使用公交專用道和交叉口信號優(yōu)先相結(jié)合的控制方 法，但所研究的公交優(yōu)先都是“條件優(yōu)先”，即給公交車輛更大的權(quán)重，以使在信號配時優(yōu)化 中給公交車輛的進口方向更多的綠燈時間，通過延長綠燈時間、提前亮綠燈、相位轉(zhuǎn)換等使 公交車輛在交叉口能夠有條件的優(yōu)先通行。但還沒有研究信號控制交叉口的公交優(yōu)先通行 的“絕對優(yōu)先”問題，這是由于公交優(yōu)先的級別較低的緣故，而應(yīng)急車輛信號優(yōu)先應(yīng)該是“絕 對優(yōu)先”，這在交叉口信號優(yōu)化配時中不能僅僅給應(yīng)急車輛設(shè)置一個比較大的權(quán)重來實現(xiàn) 綠燈延長等操作，這需要設(shè)置強制信號轉(zhuǎn)化來允許應(yīng)急車輛優(yōu)先通行，因此不能簡單的把 公交車輛優(yōu)先技術(shù)應(yīng)用到應(yīng)急車輛優(yōu)先中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于兩階段優(yōu)化過程的交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先控制 方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的條件優(yōu)先控制方法不能讓應(yīng)急車輛具有絕對優(yōu)先權(quán)通過的缺陷。 本發(fā)明基于交叉口的應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)實現(xiàn)，所述交叉口的應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)包 括包括車輛檢測器子系統(tǒng)1、應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)2、智能信號控制器子系統(tǒng)3和 通信子系統(tǒng)4 ；車輛檢測器子系統(tǒng)1 完成對所有車輛的流量檢測；應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)2 應(yīng)急車輛上裝載車載單元，定位器安裝在道路 交叉口附件的道路兩側(cè)，與交叉口相隔一定距離，根據(jù)這個距離為依據(jù)判斷應(yīng)急車輛到達 交叉口的時刻；智能信號控制器子系統(tǒng)3 根據(jù)應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)2檢測到的應(yīng)急車 輛的位置和到達交叉口的時刻，以及各進口車道的排隊車輛數(shù)和信號燈的相位狀態(tài)，決策 出下一時刻的信號狀態(tài)；通信子系統(tǒng)4 實現(xiàn)車輛檢測子系統(tǒng)與智能信號控制器子系統(tǒng)3之間通信；應(yīng)急車 輛檢測與定位器子系統(tǒng)2與智能信號控制器子系統(tǒng)3之間的通信；智能信號控制器子系統(tǒng) 3內(nèi)部信號控制器與信號顯示器之間的通信；以及相鄰交叉口的應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)之間的通信；本發(fā)明的方法包括下述步驟步驟一、根據(jù)交叉口的形式以及交通狀況，確定應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)2 中的定位器與交叉口之間的距離；步驟二、當(dāng)應(yīng)急車輛請求優(yōu)先通過交叉口時，應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)2首 先檢測到應(yīng)急車輛的存在，將這些信息發(fā)送給智能信號控制器子系統(tǒng)3，同時車輛檢測器子 系統(tǒng)1也將檢測到的車輛信息發(fā)送給智能信號控制器子系統(tǒng)3 ；智能信號控制器子系統(tǒng)3 根據(jù)收到的應(yīng)急車輛信息以及不斷接收到的來自不同進口方向各車道排隊車輛信息，計算 出應(yīng)急車輛從檢測位置到達交叉口的時間以及應(yīng)急車輛進口方向上排隊車輛的消散時間， 進而計算出給其它進口方向的綠燈時間大??；步驟三、智能信號控制器子系統(tǒng)3根據(jù)當(dāng)前交叉口的信號狀態(tài)對應(yīng)急車輛提供信 號優(yōu)先權(quán)，提前或延遲綠燈時間，保證應(yīng)急車輛安全無延誤的通過信號交叉口，同時減低其 它車輛的延誤時間；步驟四、應(yīng)急車輛通過交叉口后，智能信號控制器子系統(tǒng)3根據(jù)各個進口方向的 排隊車輛數(shù)信息，對信號進行優(yōu)化，保證交叉口狀況在最短時間內(nèi)恢復(fù)到正常水平；步驟五、交通信號控制轉(zhuǎn)入正常信號狀態(tài)。通過在平面信號交叉口實施該應(yīng)急信號優(yōu)先控制方法，能夠使應(yīng)急車輛在最短時 間內(nèi)安全地到達救援地點，且對交叉口的影響最小，有助于保障應(yīng)急車輛響應(yīng)速度和降低 對社會車輛正常出行造成的不利影響。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)的條件優(yōu)先控制方法不能讓 應(yīng)急車輛具有絕對優(yōu)先權(quán)通過的缺陷。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖2是實施方式二和三的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖3是實施方式四中交叉口區(qū)域的車輛行駛的過程示意圖， 圖4是實施方式四中交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先各階段示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結(jié)合圖1具體說明本實施方式。本實施方式基于交叉口的 應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)實現(xiàn)，所述交叉口的應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)包括車輛檢測器子系統(tǒng) 1、應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)2、智能信號控制器子系統(tǒng)3和通信子系統(tǒng)4。車輛檢測器子系統(tǒng)1 完成對所有車輛的流量檢測；車輛檢測器子系統(tǒng)1能完成所 有社會車輛的流量的檢測，目前已經(jīng)投入使用的車輛檢測器有很多種，包括磁感應(yīng)檢測器， 波頻車輛檢測器，視頻檢測器等。以上三種車輛檢測中，其中以環(huán)形線圈車輛檢測方法技術(shù) 最成熟，應(yīng)用最廣泛，成本最低，完全能夠滿足所有車輛流量信息的要求。因此，在交叉口應(yīng) 急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)中，采用環(huán)形線圈車輛檢測器來完成對所有車輛的流量檢測。在交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)中，由于需要計算交叉口各個進口道上排隊等待 的車輛數(shù)，必須在每個進口道上設(shè)置兩個環(huán)形線圈檢測器，一個位于停車線處，用于檢測通 過停車線的車輛，上游檢測器設(shè)在停車線前，具體距離將在后面討論，用于檢測進入交叉口區(qū)域的車輛。在不同時刻，交叉口各進口道上的排隊車輛數(shù)可以根據(jù)兩個感應(yīng)線圈檢測值計算 得到，當(dāng)上游感應(yīng)線圈檢測到一輛車時，排隊車輛數(shù)增加一個；當(dāng)停車線感應(yīng)線圈檢測到一 車輛時，排隊車輛數(shù)則減少一個。計算得到的各進口道的車輛排隊數(shù)就可以作為控制器的 輸入信息，用于實時決策應(yīng)急車輛信號優(yōu)先的轉(zhuǎn)換和恢復(fù)優(yōu)化的計算。應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)2 應(yīng)急車輛上裝載車載單元，定位器安裝在道路 交叉口附件的道路兩側(cè)，與交叉口相隔一定距離，根據(jù)這個距離為依據(jù)判斷應(yīng)急車輛到達 交叉口的時刻；應(yīng)急車輛檢測的主要目的是找出應(yīng)急車輛所在的特定位置，以此為依據(jù)判斷應(yīng)急 車輛到達交叉口的時刻，交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)控制信號，消散應(yīng)急車輛行駛方向 的前方車輛，使應(yīng)急安全無延誤的通過信號交叉口。在綜合比較無線檢測系統(tǒng)、鳴笛檢測系統(tǒng)與紅外檢測系統(tǒng)基礎(chǔ)上，采用紅外檢測 系統(tǒng)。但檢測器位置不是安裝在信號燈燈桿上，而是安裝道路邊上，具體距停車線的距離 將在后面討論。因此，只需在所需獲取數(shù)據(jù)的位置安裝探測設(shè)備，當(dāng)車輛行駛到該位置時， 探測設(shè)備即可探測到車輛的位置和經(jīng)過的時間；在理論上不存在時間和位置誤差。應(yīng)急車 輛上裝載車載單元，實現(xiàn)應(yīng)急車輛和紅外燈塔的通信，紅外燈塔檢測到應(yīng)急車輛，將信號傳 輸給智能信號控制器，信號控制器視交叉口信號相位的具體情況實施應(yīng)急車輛信號優(yōu)先策 略。智能信號控制器子系統(tǒng)3 根據(jù)應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)2檢測到的應(yīng)急車 輛的位置和到達交叉口的時刻，以及各進口車道的排隊車輛數(shù)和信號燈的相位狀態(tài)，決策 出下一時刻的信號狀態(tài)；或者改變相位，或者延長當(dāng)前綠燈時間，控制器將智能決策以信號 燈的形式最終輸出。通信子系統(tǒng)4 實現(xiàn)車輛檢測子系統(tǒng)與智能信號控制器子系統(tǒng)3之間通信；應(yīng)急車 輛檢測與定位器子系統(tǒng)2與智能信號控制器子系統(tǒng)3之間的通信；智能信號控制器子系統(tǒng) 3內(nèi)部信號控制器與信號顯示器之間的通信；以及相鄰交叉口的應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)之 間的通信；本發(fā)明設(shè)計單個交叉口的應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)采用有線的方式，相鄰交叉口之 間的應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)采用無線通信方式，以保證在必要情況下實現(xiàn)相鄰交叉口之間 的應(yīng)急車輛信號優(yōu)先協(xié)調(diào)控制。車輛檢測子系統(tǒng)與信號控制器之間采用單向有線通信，車輛檢測之系統(tǒng)向信號控 制器發(fā)送檢測到的車輛信息，包括車流量、占有率等。應(yīng)急車輛檢測子系統(tǒng)與信號控制器之間也是單向有線通信，當(dāng)路邊燈塔檢測到應(yīng) 急車輛車載系統(tǒng)發(fā)出的信號后，應(yīng)急車輛檢測子系統(tǒng)向信號控制器傳遞檢測到的車輛信 息，信息包括應(yīng)急車輛的種類(如警車、救護車、工程搶險車、應(yīng)急物資調(diào)度車輛等)、車牌 號、行駛速度等。信號控制器與信號顯示器之間采用單向有線通信方式，信號控制器根據(jù)當(dāng)前的信 號狀態(tài)，對來自應(yīng)急車輛檢測系統(tǒng)、車輛檢測系統(tǒng)、以及相鄰交叉口的應(yīng)急車輛優(yōu)先系統(tǒng)的 信息進行決策，判斷結(jié)果傳給信號顯示器。相鄰交叉口的應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)之間采用無線雙向通信，相鄰交叉口之間的距離小于應(yīng)急車輛檢測器安裝距離時，相鄰交叉口的應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)采用協(xié)調(diào)控 制，系統(tǒng)向相鄰交叉口的應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)發(fā)出請求，進行有線系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)。本發(fā)明的方法包括下述步驟步驟一、根據(jù)交叉口的形式以及交通狀況，確定應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)2 的定位器與交叉口之間的距離；步驟二、當(dāng)應(yīng)急車輛請求優(yōu)先通過交叉口時，應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)2首 先檢測到應(yīng)急車輛的存在，將這些信息發(fā)送給智能信號控制器子系統(tǒng)3，同時車輛檢測器子 系統(tǒng)1也將檢測到的車輛信息發(fā)送給智能信號控制器子系統(tǒng)3 ；智能信號控制器子系統(tǒng)3 根據(jù)收到的應(yīng)急車輛信息以及不斷接收到的來自不同進口方向各車道排隊車輛信息，計算 出應(yīng)急車輛從檢測位置到達交叉口的時間以及應(yīng)急車輛進口方向上排隊車輛的消散時間， 進而計算出給其它進口方向的綠燈時間大小；步驟三、智能信號控制器子系統(tǒng)3根據(jù)當(dāng)前交叉口的信號狀態(tài)對應(yīng)急車輛提供信 號優(yōu)先權(quán)，提前或延遲綠燈時間，保證應(yīng)急車輛安全無延誤的通過信號交叉口，同時減低其 它車輛的延誤時間；從交叉口正常信號到應(yīng)急車輛信號優(yōu)先的轉(zhuǎn)換階段，目標(biāo)是使應(yīng)急車輛安全無延 誤地通過交叉口且使應(yīng)急車輛對其它車輛的影響最?。徊襟E四、應(yīng)急車輛通過交叉口后，智能信號控制器子系統(tǒng)3根據(jù)各個進口方向的 排隊車輛數(shù)信息，對信號進行優(yōu)化，保證交叉口狀況在最短時間內(nèi)恢復(fù)到正常水平；從應(yīng)急 車輛優(yōu)先信號到交叉口正常信號的恢復(fù)階段，目標(biāo)是最短時間內(nèi)恢復(fù)交叉口正常信號且各 個進口的車輛排隊長度最小。步驟五、交通信號控制轉(zhuǎn)入正常信號狀態(tài)。
具體實施方式
二 下面結(jié)合圖2具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一 的不同點是智能信號控制器子系統(tǒng)3由智能決策模塊3-1和信號輸出模塊3-2組成，智能 決策模塊3-1的信號輸出端連接信號輸出模塊3-2的輸入端；智能決策模塊3-1依據(jù)接收到的信息，計算應(yīng)急車輛到達交叉口的時刻，以及應(yīng) 急車輛進口方向的其它車輛的消散時間，根據(jù)交叉口的信號相位狀況判定是否有給其它相 位綠燈的可能性及綠燈時間大小；應(yīng)急車輛通過交叉口后，智能決策模塊3-1依據(jù)各個進 口方向的排隊車輛，優(yōu)化信號配時，使交叉口在最短時間內(nèi)恢復(fù)到正常水平的運行狀態(tài)；智能決策模塊3-1接收到的信息有各進口道的車輛排隊信息，應(yīng)急車輛的到達 時刻與行駛方向；輸出的是動態(tài)更新的相位信號狀態(tài)。
具體實施方式
三下面結(jié)合圖2具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式二 的不同點是智能決策模塊3-1包括正常信號控制控制模塊3-1-1、應(yīng)急車輛信號優(yōu)先模塊 3-1-2、應(yīng)急信號優(yōu)先轉(zhuǎn)換模型3-1-3和應(yīng)急信號優(yōu)先恢復(fù)模型3-1-4，正常信號控制控制 模塊3-1-1的一個信號輸出端連接應(yīng)急車輛信號優(yōu)先模塊3-1-2的信號輸入端，應(yīng)急車輛 信號優(yōu)先模塊3-1-2的信號輸出端分別連接應(yīng)急信號優(yōu)先轉(zhuǎn)換模型3-1-3和應(yīng)急信號優(yōu) 先恢復(fù)模型3-1-4的信號輸入端，應(yīng)急信號優(yōu)先轉(zhuǎn)換模型3-1-3和應(yīng)急信號優(yōu)先恢復(fù)模型 3-1-4的信號輸出端連接正常信號控制控制模塊3-1-1的信號輸入端，正常信號控制控制 模塊3-1-1的另一個信號輸出端連接信號輸出模塊3-2的輸入端。正常信號控制控制模塊 3-1-1接收各進口道的車輛排隊信息，應(yīng)急車輛的到達時刻與行駛方向和當(dāng)前信號相位狀態(tài)。
具體實施方式
四下面結(jié)合圖2具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一 的不同點是智能信號控制器子系統(tǒng)3中應(yīng)急車輛信號優(yōu)先轉(zhuǎn)換與控制優(yōu)化的具體過程 是(一 )車輛檢測器子系統(tǒng)1與交叉口距離的確定。通過分析路段以及交叉口區(qū)域 的車輛運行特點，根據(jù)車輛距交叉口的距離，把應(yīng)急車輛通行方向前方的社會車輛分為以 下三種情況a)交叉口排隊等待通行車輛，此類車輛必須在應(yīng)急車輛到達交叉口停車線之前消 散；b)減速進入排隊的車輛，此類車輛也必須在應(yīng)急車輛到達交叉口停車線之前消 散；c)正常行駛車輛，此類車輛可以通過變換車道以及路邊?？康确绞浇o應(yīng)急車輛讓 行；車輛檢測器子系統(tǒng)1距交叉口停車線的距離可以設(shè)定為Lvt = Lqs+Lqm (1)式中Lvt——車輛檢測器子系統(tǒng)1距交叉口停車線的距離；Lqs——高峰交通狀況下車輛排隊長度；Lqm——高峰交通狀況下減速行駛中的車輛的減速行駛距離；假設(shè)應(yīng)急車輛行駛方向上的進入檢測范圍內(nèi)的車輛必須進行消散，以保證應(yīng)急車 輛安全順利地通過交叉口。在實際應(yīng)用情況下，減速行駛中的車輛的減速行駛距離很難測 得，車輛檢測器距停車線的距離可用高峰交通狀況下車輛排隊長度的均值與其兩倍標(biāo)準(zhǔn)差 之和代替。( 二)應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)2的定位器與交叉口距離的確定。應(yīng)急車輛 檢測器距離的設(shè)定要保證應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)可以在應(yīng)急車輛到達交叉口停車線之前 有足夠的時間消散交叉口的排隊車輛，因此必須提供一個合適的應(yīng)急車輛檢測位置來獲得 提前通信時間。通過以下步驟計算應(yīng)急車輛檢測位置a)獲取交叉口的運行參數(shù)，如應(yīng)急車輛速度、車輛平均速度、車輛消散速度、車輛啟動延誤、安全時距、正常信號配時等；b)計算應(yīng)急車輛從檢測器位置到交叉口停車線的理想行程時間；c)獲取應(yīng)急車輛進口方向的車輛排隊長度，為了確保應(yīng)急車輛可以通過交叉口， 以高峰交通狀況下平均車輛排隊長度與其兩倍標(biāo)準(zhǔn)差之和計算；d)計算排隊車輛消散時間；e)計算轉(zhuǎn)換時間；f)計算最后消散的車輛與應(yīng)急車輛之間的安全時間間隔；(三)交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先第一階段實時轉(zhuǎn)換過程。此階段的優(yōu)先實時轉(zhuǎn)換模型需通過以下過程來實現(xiàn)a)確定應(yīng)急車輛從檢測位置到交叉口的實際行程時間；b)計算應(yīng)急車輛行駛方向的實際排隊車輛的消散時間；c)計算轉(zhuǎn)換時間，即綠燈從應(yīng)急車輛行駛的相位轉(zhuǎn)換到其它相位的時間(檢測到應(yīng)急車輛時其它進口方向非綠燈)，以及從其它相位轉(zhuǎn)換回來的時間；d)最后消散的車輛與應(yīng)急車輛之間保持一個安全時間間隔tsti。根據(jù)以上步驟以及實時優(yōu)化的原理，可計算出其它進口方向可能獲得的綠燈時 間，其公式如下
tgreen — t EV_ (tswit+t clear+tsti)(2)
EV — L/S gy(3)
t clear 一 ^startup+(L QS+L qm)/Sdis (4)
式中tg t=
clear
;εη“——其它相位可能獲得的綠燈顯示時間； -相位轉(zhuǎn)換損失時間；
——檢測到應(yīng)急車輛時應(yīng)急車輛行駛方向上的實際排隊車輛的實際消散
"iSwit t'
t ‘ -
L EV
S' -
° EV
Lqs——檢測到應(yīng)急車輛時應(yīng)急車輛行駛方向上的實際車輛排隊長度；
Lqm——檢測到應(yīng)急車輛時應(yīng)急車輛行駛方向上的減速行駛中的車輛的減速行駛
-應(yīng)急車輛從應(yīng)急車輛檢測位置到停車線的實際行程時間； -應(yīng)急車輛檢測器檢測到的應(yīng)急車輛實際運行速度；
時間； 距離當(dāng)信號控制器收到應(yīng)急車輛信號優(yōu)先請求時，需計算是否有可能轉(zhuǎn)換或延長其它 相位的綠燈顯示時間。假定應(yīng)急車輛進入交叉口的方向為東進口左轉(zhuǎn)，以下內(nèi)容將在上節(jié) 討論的基礎(chǔ)上仍以十字型四相位交叉口為例進行討論a)應(yīng)急車輛行駛方向為綠燈信號信號轉(zhuǎn)換需經(jīng)過以下過程來服務(wù)交叉口的其它相位。當(dāng)應(yīng)急車輛行駛方向的綠燈 顯示時間小于最小顯示綠燈時間時，應(yīng)急車輛行駛方向一直亮綠燈，直到最小綠燈顯示時 間，然后經(jīng)過黃燈、全紅燈后給其它相位顯示綠燈、黃燈、全紅燈，最后再轉(zhuǎn)換回來給應(yīng)急車 輛行駛方向顯示綠燈，保證應(yīng)急車輛正常通行。當(dāng)應(yīng)急車輛行駛方向的綠燈顯示時間大于 最小顯示綠燈時間時，可以直接經(jīng)過黃燈、全紅燈后給其它相位顯示綠燈、黃燈、全紅燈，最 后再轉(zhuǎn)換回來給應(yīng)急車輛行駛方向顯示綠燈，保證應(yīng)急車輛正常通行。>應(yīng)急車輛行駛方向的綠燈已顯示時間小于最小顯示綠燈時間假定此時相交路口南北方向左轉(zhuǎn)相位可獲得綠燈時間，則其可能得到的綠燈時間 為
權(quán)利要求
1.基于兩階段優(yōu)化過程的交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先控制方法，其特征在于它基于交 叉口的應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)實現(xiàn)，所述交叉口的應(yīng)急車輛信號優(yōu)先系統(tǒng)包括車輛檢測器子系統(tǒng)(1)、應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)O)、智能信號控制器子系統(tǒng)(3)和通信子系統(tǒng) ⑷；車輛檢測器子系統(tǒng)(1)完成對所有車輛的流量檢測；應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)O)應(yīng)急車輛上裝載車載單元，定位器安裝在道路交 叉口附件的道路兩側(cè)，與交叉口相隔一定距離，根據(jù)這個距離為依據(jù)判斷應(yīng)急車輛到達交 叉口的時刻；智能信號控制器子系統(tǒng)(3)根據(jù)應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)(2)檢測到的應(yīng)急車 輛的位置和到達交叉口的時刻，以及各進口車道的排隊車輛數(shù)和信號燈的相位狀態(tài)，決策 出下一時刻的信號狀態(tài)；通信子系統(tǒng)⑷實現(xiàn)車輛檢測子系統(tǒng)與智能信號控制器子系統(tǒng)⑶之間通信；應(yīng)急車 輛檢測與定位器子系統(tǒng)O)與智能信號控制器子系統(tǒng)(3)之間的通信；智能信號控制器子 系統(tǒng)(3)內(nèi)部信號控制器與信號顯示器之間的通信；以及相鄰交叉口的應(yīng)急車輛信號優(yōu)先 系統(tǒng)之間的通信；本方法包括下述步驟步驟一、根據(jù)交叉口的形式以及交通狀況，確定應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)O)中 的定位器與交叉口之間的距離；步驟二、當(dāng)應(yīng)急車輛請求優(yōu)先通過交叉口時，應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)( 首先 檢測到應(yīng)急車輛的存在，將這些信息發(fā)送給智能信號控制器子系統(tǒng)( ，同時車輛檢測器子 系統(tǒng)(1)也將檢測到的車輛信息發(fā)送給智能信號控制器子系統(tǒng)(3)；智能信號控制器子系 統(tǒng)(3)根據(jù)收到的應(yīng)急車輛信息以及不斷接收到的來自不同進口方向各車道排隊車輛信 息，計算出應(yīng)急車輛從檢測位置到達交叉口的時間以及應(yīng)急車輛進口方向上排隊車輛的消 散時間，進而計算出給其它進口方向的綠燈時間大??；步驟三、智能信號控制器子系統(tǒng)C3)根據(jù)當(dāng)前交叉口的信號狀態(tài)對應(yīng)急車輛提供信號 優(yōu)先權(quán)，提前或延遲綠燈時間，保證應(yīng)急車輛安全無延誤的通過信號交叉口，同時減低其它 車輛的延誤時間；步驟四、應(yīng)急車輛通過交叉口后，智能信號控制器子系統(tǒng)C3)根據(jù)各個進口方向的排 隊車輛數(shù)信息，對信號進行優(yōu)化，保證交叉口狀況在最短時間內(nèi)恢復(fù)到正常水平；步驟五、交通信號控制轉(zhuǎn)入正常信號狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩階段優(yōu)化過程的交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先控制方法， 其特征在于智能信號控制器子系統(tǒng)(3)由智能決策模塊(3-1)和信號輸出模塊(3-2)組 成，智能決策模塊(3-1)的信號輸出端連接信號輸出模塊(3-2)的輸入端；智能決策模塊(3-1)依據(jù)接收到的信息，計算應(yīng)急車輛到達交叉口的時刻，以及應(yīng)急 車輛進口方向的其它車輛的消散時間，根據(jù)交叉口的信號相位狀況判定是否有給其它相位 綠燈的可能性及綠燈時間大??；應(yīng)急車輛通過交叉口后，智能決策模塊(3-1)依據(jù)各個進 口方向的排隊車輛，優(yōu)化信號配時，使交叉口在最短時間內(nèi)恢復(fù)到正常水平的運行狀態(tài)；智能決策模塊(3-1)接收到的信息有各進口道的車輛排隊信息，應(yīng)急車輛的到達時 刻與行駛方向；輸出的是動態(tài)更新的相位信號狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于兩階段優(yōu)化過程的交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先控制方法， 其特征在于智能決策模塊(3-1)包括正常信號控制控制模塊(3-1-1)、應(yīng)急車輛信號優(yōu)先 模塊(3-1-2)、應(yīng)急信號優(yōu)先轉(zhuǎn)換模型(3-1-3)和應(yīng)急信號優(yōu)先恢復(fù)模型(3-1-4)，正常信 號控制控制模塊(3-1-1)的一個信號輸出端連接應(yīng)急車輛信號優(yōu)先模塊(3-1-2)的信號 輸入端，應(yīng)急車輛信號優(yōu)先模塊(3-1-2)的信號輸出端分別連接應(yīng)急信號優(yōu)先轉(zhuǎn)換模型 (3-1-3)和應(yīng)急信號優(yōu)先恢復(fù)模型(3-1-4)的信號輸入端，應(yīng)急信號優(yōu)先轉(zhuǎn)換模型(3-1-3) 和應(yīng)急信號優(yōu)先恢復(fù)模型(3-1-4)的信號輸出端連接正常信號控制控制模塊(3-1-1)的信 號輸入端，正常信號控制控制模塊(3-1-1)的另一個信號輸出端連接信號輸出模塊(3-2) 的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩階段優(yōu)化過程的交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先控制方法， 其特征在于智能信號控制器子系統(tǒng)(3)中應(yīng)急車輛信號優(yōu)先轉(zhuǎn)換與控制優(yōu)化的具體過程 是(一)車輛檢測器子系統(tǒng)(1)與交叉口距離的確定車輛檢測器子系統(tǒng)(1)距交叉口 停車線的距離設(shè)定為Lvt — Lqs+Lqm (1)式中Lvt——車輛檢測器子系統(tǒng)(1)距交叉口停車線的距離；Lqs——高峰交通狀況下車輛排隊長度；Lqm~高峰交通狀況下減速行駛中的車輛的減速行駛距離；(二)應(yīng)急車輛檢測與定位器子系統(tǒng)O)的定位器與交叉口距離的確定通過以下步驟計算應(yīng)急車輛檢測位置a)獲取交叉口的運行參數(shù)，如應(yīng)急車輛速度、車輛平均速度、車輛消散速度、車輛啟動 延誤、安全時距、正常信號配時等；b)計算應(yīng)急車輛從檢測器位置到交叉口停車線的理想行程時間；c)獲取應(yīng)急車輛進口方向的車輛排隊長度，為了確保應(yīng)急車輛可以通過交叉口，以高 峰交通狀況下平均車輛排隊長度與其兩倍標(biāo)準(zhǔn)差之和計算；d)計算排隊車輛消散時間；e)計算轉(zhuǎn)換時間；f)計算最后消散的車輛與應(yīng)急車輛之間的安全時間間隔；(三)交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先第一階段實時轉(zhuǎn)換過程a)確定應(yīng)急車輛從檢測位置到交叉口的實際行程時間；b)計算應(yīng)急車輛行駛方向的實際排隊車輛的消散時間；c)計算轉(zhuǎn)換時間，即綠燈從應(yīng)急車輛行駛的相位轉(zhuǎn)換到其它相位的時間(檢測到應(yīng)急 車輛時其它進口方向非綠燈)，以及從其它相位轉(zhuǎn)換回來的時間；d)最后消散的車輛與應(yīng)急車輛之間保持一個安全時間間隔tsti；根據(jù)以上步驟以及實時優(yōu)化的原理，可計算出其它進口方向可能獲得的綠燈時間，其 公式如下tgreen — ^ EV_ (tswit+t clear+tsti)(2) EV — L/S gy(3)t clear — ^startup+ (L QS+L qm) /^dis(4)式中——其它相位可能獲得的綠燈顯示時間； tswit——相位轉(zhuǎn)換損失時間；t' clear——檢測到應(yīng)急車輛時應(yīng)急車輛行駛方向上的實際排隊車輛的實際消散時間；t' EV——應(yīng)急車輛從應(yīng)急車輛檢測位置到停車線的實際行程時間；S' EV——應(yīng)急車輛檢測器檢測到的應(yīng)急車輛實際運行速度；Lqs——檢測到應(yīng)急車輛時應(yīng)急車輛行駛方向上的實際車輛排隊長度；Lqm~檢測到應(yīng)急車輛時應(yīng)急車輛行駛方向上的減速行駛中的車輛的減速行駛距1 ；(四)交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先第二階段恢復(fù)優(yōu)化過程從應(yīng)急車輛通過交叉口的時刻開始，到交叉口交通狀態(tài)恢復(fù)到正常水平的時段，此段 時間稱為交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先恢復(fù)階段，經(jīng)過以下步驟實現(xiàn)a)某個信號周期開始時到應(yīng)急車輛檢測器檢測到應(yīng)急車輛時的時間間隔、；b)計算檢測器檢測到應(yīng)急車輛通過交叉口時，到假定信號仍按正常信號配時時的下一 個周期開始時的時間間隔tM ；c)假設(shè)交叉口信號恢復(fù)優(yōu)化時間；d)建立優(yōu)化模型，根據(jù)約束條件尋找最優(yōu)恢復(fù)時間。
全文摘要
基于兩階段優(yōu)化過程的交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先控制方法，本發(fā)明涉及一種道路交叉口應(yīng)急車輛信號優(yōu)先控制方法。解決了現(xiàn)有技術(shù)的條件優(yōu)先控制方法不能讓應(yīng)急車輛具有絕對優(yōu)先權(quán)通過的缺陷。用于交通控制。當(dāng)應(yīng)急車輛請求優(yōu)先通過交叉口時，首先檢測到應(yīng)急車輛的存在，將這些信息發(fā)送給智能信號控制器子系統(tǒng)，根據(jù)收到的應(yīng)急車輛信息以及來自不同進口方向各車道排隊車輛信息，計算出應(yīng)急車輛從檢測位置到達交叉口的時間以及應(yīng)急車輛進口方向上排隊車輛的消散時間，進而計算出給其它進口方向的綠燈時間大??；根據(jù)當(dāng)前交叉口的信號狀態(tài)對應(yīng)急車輛提供信號優(yōu)先權(quán)，提前或延遲綠燈時間，同時減低其它車輛的延誤時間。
文檔編號G08G1/087GK102110372SQ20111005240
公開日2011年6月29日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者安實, 崔建勛, 王健, 王澤 , 胡曉偉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)